（Va,yb)i的計(jì)算可簡化為
[0130] (Va,yb)i * [-Vxsinit+Vycosit+Vasin0sin<1) ]i (24)
[0131] 其中，Vx，Vy分別為地速X和y方向的分量，Va為平均空速；
[0132] 取 到
(25)
[0134] 則有平均側(cè)滑角為
[0135] (26)
[0136] 公式（26)為穩(wěn)態(tài)盤旋時(shí)的平均側(cè)滑角，相應(yīng)地在每個(gè)ti時(shí)刻，可計(jì)算出瞬時(shí)側(cè)滑 角權(quán)
[0137] ill)
[0138] 如圖6所示，為飛艇瞬時(shí)側(cè)滑角和平均側(cè)滑角的曲線圖，飛艇瞬時(shí)側(cè)滑角扣相對(duì)于 平均側(cè)滑角身的波動(dòng)量，反映了飛艇橫向穩(wěn)定性，波動(dòng)量越小，飛艇橫向穩(wěn)定性越好。
[0139] 其中較優(yōu)的，所述飛艇的平均攻角和瞬時(shí)攻角通過W下公式進(jìn)行計(jì)算：
[0140] (28)
[0141]
[0142] 其中《為平均攻角，
如!個(gè)俯仰角的平均值，巧為空速在體軸系上的Z軸 方向分量平均值，^1,6為空速在體軸系上的巧由方向分量平均值，〇1為*1時(shí)刻的瞬時(shí)攻角，目1 為ti時(shí)刻的俯仰角，（Va,bz)功ti時(shí)刻空速在體軸系上的Z軸方向分量平均值，（Va,bx)功ti時(shí) 刻空速在體軸系上的X軸方向分量平均值。
[0143] 具體的，平均攻角;&的估計(jì)有兩種方法。其一，對(duì)平飛俯仰角0取平均，則有平均攻 角為
[酬
(30)
[0145]其二，利用式（19)給出的體軸系空速分量(Va,xb，Va,yb，Va,zb)i計(jì)算
[酬
(31)
[0147]則有平均攻角為
[014 引 (32)
[0149] 相應(yīng)地，在每個(gè)ti時(shí)刻，可計(jì)算出瞬時(shí)攻角Qi
[0150]
[0151] 如圖7所示，為飛艇瞬時(shí)攻角和平均攻角的曲線圖。瞬時(shí)攻角Qi相對(duì)于平均攻角揉 的波動(dòng)量，反映了飛艇縱向穩(wěn)定性。波動(dòng)量越小，飛艇縱向穩(wěn)定性越好。
[0152] 另一方面，采用上述估計(jì)平流層飛艇飛行性能參數(shù)的方法，本發(fā)明還提供了一種 估計(jì)平流層飛艇飛行性能參數(shù)的系統(tǒng)，包括:飛行單元、采集單元、估計(jì)單元；
[0153] 所述飛行單元用于使所述飛艇進(jìn)入穩(wěn)定盤旋飛行狀態(tài)；
[0154] 所述采集單元獲取所述飛艇的地速、姿態(tài)信息和位置信息；
[0155] 所述估計(jì)單元用于根據(jù)所述飛艇的地速、姿態(tài)信息和位置信息，估計(jì)所述飛艇的 飛行性能參數(shù)。
[0156] 本發(fā)明提供的估計(jì)平流層飛艇飛行性能參數(shù)的方法和系統(tǒng)，可在高空稀薄大氣環(huán) 境下，利用飛艇內(nèi)的導(dǎo)航系統(tǒng)給出的地速、位置、姿態(tài)角信息，計(jì)算出準(zhǔn)確的水平風(fēng)速、風(fēng) 向、空速、偏航操縱性能(穩(wěn)態(tài)盤旋半徑、盤旋周期、盤旋角速率）、縱橫向穩(wěn)定性(側(cè)滑角和 攻角)等飛行性能參數(shù);且本發(fā)明過程簡單、易于實(shí)現(xiàn)，只需固定主獎(jiǎng)轉(zhuǎn)速和偏航控制量，飛 艇即可進(jìn)入盤旋飛行狀態(tài)，盤旋飛行使飛艇處于固定高度，風(fēng)速和風(fēng)向固定，使飛艇處于恒 定風(fēng)場下，減小了估計(jì)平流層飛艇飛行性能參數(shù)的誤差。
[0157]雖然結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可W在不脫離本發(fā) 明的精神和范圍的情況下做出各種修改和變型，運(yùn)樣的修改和變型均落入由所附權(quán)利要求 所限定的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種估計(jì)平流層飛艇飛行性能參數(shù)的方法，其特征在于， 使所述飛艇進(jìn)入穩(wěn)定盤旋飛行狀態(tài)； 獲取所述飛艇的地速、姿態(tài)信息和位置信息； 根據(jù)所述飛艇的地速、姿態(tài)信息和位置信息，估計(jì)所述飛艇的飛行性能參數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種估計(jì)平流層飛艇飛行性能參數(shù)的方法，其特征在于，所述 使所述飛艇進(jìn)入穩(wěn)定盤旋飛行狀態(tài)包括： 固定所述飛艇的主槳轉(zhuǎn)速和偏航控制量，使所述飛艇進(jìn)入盤旋飛行狀態(tài)；當(dāng)所述飛艇 的飛行高度的波動(dòng)值小于預(yù)設(shè)值時(shí)，即認(rèn)為所述飛艇進(jìn)入穩(wěn)定盤旋飛行狀態(tài)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1-2任意一項(xiàng)所述的一種估計(jì)平流層飛艇飛行性能參數(shù)的方法，其特 征在于， 所述飛艇的飛行性能參數(shù)包括風(fēng)速、空速、偏航操縱性能參數(shù)和縱、橫向穩(wěn)定性能參 數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種估計(jì)平流層飛艇飛行性能參數(shù)的方法，其特征在于，所述 風(fēng)速、空速的計(jì)算過程包括： 根據(jù)所述風(fēng)速、空速和地速的關(guān)系建立第一圓方稈：其中，（V x，V y)為艇載導(dǎo)航系統(tǒng)測出的地速，（Wx，Wy)為待估計(jì)的風(fēng)速，V a為待估計(jì)的空 速； 利用盤旋飛行時(shí)測出的多個(gè)地速(Vxl，Vyl)，i = l，2,…n，通過圓擬合算法，計(jì)算待估計(jì) 的風(fēng)速(Wx，Wy)和待估計(jì)的空速Va。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種估計(jì)平流層飛艇飛行性能參數(shù)的方法，其特征在于，所述 通過圓擬合算法，計(jì)算待估計(jì)的風(fēng)速(WX，Wy )和待估計(jì)的空速\^的步驟包括： A、 通過多個(gè)地速(Vxi，Vyi)，i = 1,2, ···]!，定義中間參數(shù) a = 2ffx, b = 2ffy, c = Va2- (ffx2+ffy2) 構(gòu)造出最小二乘方程；B、 求解最小二乘方程，計(jì)算出a，b，c; C、 由a，b，c計(jì)算風(fēng)速(Wx，Wy)，空速Va。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種估計(jì)平流層飛艇飛行性能參數(shù)的方法，其特征在于，所述 偏航操縱性能參數(shù)包括:所述飛艇的盤旋半徑、盤旋周期、盤旋角速度;所述偏航操縱性能 參數(shù)的計(jì)算過程包括： 根據(jù)所述飛艇的盤旋軌跡，建立第二圓方程 [(χ-ffxt) -χ〇〇 ] 2+[ (y-ffy t) -y οο ]2 = R2 其中，（Wx，Wy)為風(fēng)速，（XQQ，yQQ)為初始時(shí)刻圓心的位置，（x，y)為艇載導(dǎo)航系統(tǒng)測出的 飛艇位置，R為待估計(jì)的飛艇的盤旋半徑，t為時(shí)間； 從所述飛艇的盤旋軌跡上選取一系列點(diǎn)（xi，yi，ti)，i = 1，2，…，通過圓擬合算法，計(jì)算 待估計(jì)的飛艇的盤旋半徑R。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種估計(jì)平流層飛艇飛行性能參數(shù)的方法，其特征在于，所述 盤旋周期、盤旋角速度通過以下公式進(jìn)行計(jì)算：其中，ω為盤旋角速率，Tcdr。:^為盤旋周期。8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種估計(jì)平流層飛艇飛行性能參數(shù)的方法，其特征在于，所述 縱、橫向穩(wěn)定性能參數(shù)包括所述飛艇的平均側(cè)滑角、瞬時(shí)側(cè)滑角、平均攻角和瞬時(shí)攻角； 所述飛艇的平均側(cè)滑角和瞬時(shí)側(cè)滑角通過以下公式進(jìn)行計(jì)算：其中，為空速在導(dǎo)航坐標(biāo)系下的分量；為地速在導(dǎo)航坐 標(biāo)系下的分量，[WxWy0]T為風(fēng)速在導(dǎo)航坐標(biāo)系下的分量，為空速在體 軸系上的分量，Α( Φ i, ,隊(duì))為從導(dǎo)航坐標(biāo)系轉(zhuǎn)到體軸系的轉(zhuǎn)換矩陣，m為盤旋軌跡上點(diǎn)的 個(gè)數(shù)，i = l，2,…，m，彥為平均側(cè)滑角，私為ti時(shí)刻的側(cè)滑角，為空速在 體軸系上的分量平均值，為空速在體軸系上的y軸方向分量平均值，（Va.ybhSti時(shí)刻空 速在體軸系上的y軸方向分量。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種估計(jì)平流層飛艇飛行性能參數(shù)的方法，其特征在于，所述 飛艇的平均攻角和瞬時(shí)攻角通過以下公式進(jìn)行計(jì)算：其中，泛為平均攻角，為m個(gè)俯仰角的平均值，^^為空速在體軸系上的z軸方向 分量平均值，為空速在體軸系上的X軸方向分量平均值，^為ti時(shí)刻的瞬時(shí)攻角，01為。 時(shí)刻的俯仰角，（Va,bz)i為ti時(shí)刻空速在體軸系上的z軸方向分量平均值，（Va, bx)i為ti時(shí)刻空 速在體軸系上的X軸方向分量平均值。10. -種估計(jì)平流層飛艇飛行性能參數(shù)的系統(tǒng)，其特征在于，包括：飛行單元、采集單 元、估計(jì)單元； 所述飛行單元用于使所述飛艇進(jìn)入穩(wěn)定盤旋飛行狀態(tài)； 所述采集單元獲取所述飛艇的地速、姿態(tài)信息和位置信息； 所述估計(jì)單元用于根據(jù)所述飛艇的地速、姿態(tài)信息和位置信息，估計(jì)所述飛艇的飛行 性能參數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種估計(jì)平流層飛艇飛行性能參數(shù)的方法和系統(tǒng)，包括：使飛艇進(jìn)入穩(wěn)定盤旋飛行狀態(tài)；獲取飛艇的地速、姿態(tài)信息和位置信息；根據(jù)飛艇的地速、姿態(tài)信息和位置信息，估計(jì)所述飛艇的飛行性能參數(shù)。本發(fā)明提供的估計(jì)平流層飛艇飛行性能參數(shù)的方法和系統(tǒng)，可在高空稀薄大氣環(huán)境下，利用飛艇內(nèi)的導(dǎo)航系統(tǒng)給出的地速、位置、姿態(tài)角信息，計(jì)算出準(zhǔn)確的水平風(fēng)速、風(fēng)向、空速、穩(wěn)態(tài)盤旋半徑、盤旋周期、盤旋角速率、側(cè)滑角和攻角等飛行性能參數(shù)；且本發(fā)明過程簡單、易于實(shí)現(xiàn)，只需固定主槳轉(zhuǎn)速和偏航控制量，飛艇即可進(jìn)入盤旋飛行狀態(tài)，盤旋飛行使飛艇處于固定高度，風(fēng)速和風(fēng)向固定，使飛艇處于恒定風(fēng)場下，減小了估計(jì)飛艇飛行性能參數(shù)的誤差。
【IPC分類】G06F19/00
【公開號(hào)】CN105718727
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610035229
【發(fā)明人】周江華, 王帆, 苗景剛
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院光電研究院
【公開日】2016年6月29日
【申請(qǐng)日】2016年1月19日